土木工程毕业设计（论文）-思源中学教学楼设计.doc

第一章 设计资料1.1 工程名称：思源中学教学楼全套图纸加扣3012250582 1.2 工程概况：本建筑采用的是现浇混凝土框架结构，层数为6层，一层层高为4.2m，二层层高为3.6m，标准层层高为3.6m，六层层高为3.9, 室内外高差为0.45m，平屋顶。在“建筑设计”部分中，主要针对设计初期的几个建筑方案从各个方面对他们进行比较，并最终选择方案，确定了其具体建筑构造，做法和材料。在结构设计部分中，首先确定第4轴横向框架为本次手算的任务，明确其计算简图和各个计算参数；然后根据建筑做法计算其所受的恒载，活载，风载，地震作用，计算梁柱板与基础的内力进行组合后得到各截面的控制内力；最后进行各构件的配筋计算，此外，还进行了结构方案中的室内楼梯的设计，完成了梯段板、平台板、平台梁等构件的内力计算和配筋计算及施工图绘制，根据工程地质资料，结构采用独立基础。楼梯形式采用板式楼梯。楼面板，屋面板均按整体双向板的弹性理论计算。框架在竖向荷载的内力计算采用分层法，其中活荷载内力计算时满布，并考虑其最不利布置。风、地震等水平荷载内力计算采用D值法。柱下均为独立基础。1.3 设计资料：1、基本风压：0.35KN/m。3、拟建场地抗震设防烈度为6度。4、地面粗糙度类别： B类。1.4 地质资料：序号岩 土分 类土层深度(m)厚度范围(m)地基承载力特征值fak(kpa)桩端阻力qp(kpa)桩周摩擦力qs(kpa)1杂填土00.50.52粉 土0.51.51.0120103中 砂1.52.51.0200254砾 砂2.56.54.03002400455圆 砾6.512.56.0500350065 第2章 结构布置及计算简图2.1 柱网布置如图2-1所示图2-1 结构布置图 2.2 计算单元选取由于本设计为一简单矩形三跨框架结构，计算单元取中跨横向框架4轴线一榀框架，其计算简图如图2-2。底层柱高取4200mm 图2-2 计算简图2.3 梁柱截面尺寸的确定2.3.1 梁截面尺寸1、主梁：AB跨：梁高h=(11218)L=600900mm；取700梁宽b=(1312)h=234350mm；取250BC跨：梁高(11218)L=200300mm根据实际情况综合考虑多种因素，取500 梁宽取 250 mm故主梁截面尺寸：700250，500250 。2、次梁：跨：梁高(11218)L=400600mm；取500梁宽b=(1312)h=167250mm；取250 11跨：梁高(11218)L=200300mm；取450梁宽b=(1312)h=100150mm；取250 (考虑内墙的厚度为240mm) 故次梁截面尺寸： 500250 ,450250mm。2.3.2 柱截面尺寸的确定1、按底层确定柱截面尺寸，底层柱高H=4200。2、b=(120115)h=210280mm。3、初步选定柱的截面尺寸（1）、该建筑采用全现浇结构，混凝土强度等级取C30， 。边柱负荷面积：7.27.22=25.92 m2中柱负荷面积：F=7.2（7.2+2.4）/2=34.56 m2（2）、确定柱截面尺寸： 柱轴压比限制： 估算 N1020 KNA/ 一般取N10 又因为本设计抗震等级为三级，框架结构所以 n = 0.9（3）、一层边柱： （4）、一层中柱：故取500mm，初步选定柱截面尺寸为：500mm500mm。2.4 板厚的确定规范规定单向板中民用建筑楼板的最小厚度厚取60mm ，故本设计取板厚120mm。 第3章 恒载计算3.1 屋面荷载标准值：20厚1：2.5水泥砂浆： 40厚C20细石混凝土： 20厚1：3水泥砂浆找平： 120厚现捣钢筋混凝土板： 8厚防滑面砖： 0.00819.8 = 0.158板底抹灰平顶： 合计： 3.2 楼面荷载标准值： 15厚水泥白石子： 0.01528=0.420 5厚1：1水泥砂浆结合层： 30厚C20细石混凝土： 20厚1：3水泥砂浆找平： 120厚现捣钢筋混凝土屋面板： 板底抹灰平顶： 合计： 4.82KN/m23.3 框架梁柱荷载标准值：3.3.1 梁自重：（包括20mm厚抹灰） （1） 主梁（500250）：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=0.258 KN/m 次梁（500250）：0.500.2525=3.125 KN/m 总：3.38 KN/m 梁侧粉刷:(0.50-0.12)0.02172=0.258 KN/m次梁（450250）：0.450.2525=2.813KN/m 总：3.037 KN/m 梁侧粉刷:(0.45-0.12)0.02172=0.224 KN/m合计： 14.57KN/m（2）柱自重：（包括20mm厚抹灰）柱：（500500）：0.500.5025=6.25 KN/m 总：6.93 KN/m 柱侧粉刷:40.020.517 =0.68 KN/m合计： 6.93 KN/m3.4 填充墙荷载标准值：外墙单位墙体自重（包括20mm厚抹灰）：合计： 内墙单位墙体自重（包括20mm厚抹灰）：合计： 3.5 门窗荷载标准值：铝合金玻璃窗（以钢框玻璃窗计算）取，木门取，铝合金门取，木框玻璃窗取。3.6 楼梯荷载的标准值：先假设楼梯底板厚度150mm，平台梁尺寸：，平台板厚：100mm。3.6.1 梯段板的荷载： 合计： 3.6.2 平台板荷载标准值：水磨石面层： 100厚混凝土板： 板底抹灰： 合计： 3.6.3 平台梁荷载：梁自重：梁侧粉刷：0.02 （0.30-0.12）217=0.1224 KN/m合计： 1.022 KN/m 第4章 活荷载计算1.楼梯活荷载为，卫生间活荷载为，楼面活荷载为。 第5章 楼层荷载汇总计算各层总重力荷载代表值，恒载取50%，各层重力荷载集中于楼屋盖标高处。5.1 顶层荷载：女儿墙自重：（240厚墙砖女儿墙）0.24 19+0.02172=5.24 KN/m2 5.241.2（50.9+17.3）2=857.68 KN屋面自重：5.1（50.917.3）=4490.91KN柱自重（包括粉刷）：6.933.9320.5=432.43 KN梁荷载（包括粉刷）：主梁（包括粉刷）：4.77 （7.2-0.5）44+3.38(2.4-0.5) 8=1457.57 KN次梁（包括粉刷）：3.38 (7.2-0.25) 14+3.04(3.6-0.25) 4=369.61 KN梁总荷载为：1457.57+369.61=1827.18 KN顶层上半部分墙荷载：外墙净长度：(50.9+17.3) 2-20 0.5-3.80=122.6m顶层上半部分外墙荷载：5.24 【122.60 (3.9-0.7)-2.1 2.1 24-0.9 2.1 4】+5.24 【3.8 (3.9-0.5)-1.5 2.1 2】=1496.23 KN顶层上半部分内墙荷载： 内墙净面积：7.26（3.9-0.5）+【(7.2-0.5) 20（3.9-0.7）-161.02.1-40.92.1-（3.6-0.25-0.12）（3.9-0.7）】+【（3.6-0.24）（3.9-0.45）4-0.92.14】=567.03 m2顶层上半部分内墙荷载：5.24567.03=297.22 KN门窗洞口总面积： C1:(24个) 2.12.124=105.84 m2C2:(4个) 0.92.14=7.56 m2 C3:(2个) 1.52.12=6.30 m2 M1:(16个) 1.02.116=33.6 m2 M3:(8个) 0.92.18=15.12 m2 C： （105.84+7.56+6.30）0.2=9.74 KN M：（33.6+15.12）0.2=9.74 KN 故墙体总荷载：0.5 （1496.23+2971.22）=2233.72 KN门窗荷载：0.5 （47.88+9.744）=28.81KN恒载=857.68+4490.91+432.43+1827.18+2233.72+28.81=9870.73KN按规范规定活载取雪荷载： 0.4（50.917.3）=352.23KN顶层重力荷载代表值：（.+.） 5.2 五层荷载：楼面荷载：4.82 （50.416.8-7.23.62）=3831.32KN 柱自重（包括粉刷）： 6.93（3.6+3.9）/232=831.60KN 梁荷载： 计算同顶层梁总荷载（包括粉刷）：1827.18KN门窗荷载：28.812=57.62KN 楼梯荷载：7.433.32+3.49（2.0+1.95）3.6+1.0223.63=109.67KN 墙体总荷载：外墙： 5.24【122.60（3.6-0.7）-2.12.124-0.92.14】+5.24【3.8（3.6-0.5）-1.52.12】=1297.53KN 内墙：5.247.26（3.6-0.5）+【（7.2-0.5）20（3.6-0.7）-161.02.1-40.92.1-（3.6-0.25-0.12）（3.6-0.7）】+【（3.6-0.24）（3.6-0.45）4-0.92.14】=2676.60KN 墙体总荷载： （1297.53+2676.60）0.5+2233.72=4220.78KN恒载=3831.32+831.60+1827.18+57.62+109.67+4220.78 =10878.17KN 楼梯活荷载：卫生间楼面活载:五层重力荷载代表值： .+.【.+.（.-.）】. 5. 二四层荷载：楼面荷载：.（.-.）. 柱自重（包括粉刷）：.梁总荷载：.（计算同顶层）门窗荷载：.楼梯荷载：.墙体总荷载：.+.恒载=.+.+.+.+.+.楼梯活荷载： 卫生间楼面活载:二四层重力荷载代表值： .+.【（.+.-.）】.5. 一层荷载：楼面荷载：.柱自重（包括粉刷）：.（.+.）/.梁总荷载：KN（计算同顶层） 墙体总荷载：外墙净长度：（50.9+17.3）2-200.5-3.80=122.60m内墙荷载：5.24【122.60（4.2-0.7）-2.12.124-0.92.14】+5.24【3.8（4.2-0.5）-1.52.12-0.6（4.2-0.7）】=1491.20KN 外墙荷载：7.26（4.2-0.5）+【（7.2-0.5）20（4.2-0.7）-161.02.1-40.92.1-（3.6-0.25-0.12）（4.2-0.7）】+【（3.6-0.24）（4.2-0.45）4-0.92.14】-【（3.6-0.25-0.12）（4.2-0.7）-1.02.1】+7.2（4.2-0.5）5.24=3357.17KN底层墙体荷载：0.5（1491.20+3357.17）+0.53963.56 =4405.97KN门窗荷载： 门窗洞口面积： C1：（23个） 2.12.123=101.43 m2 ：（个） .m2：（个） .m2：（个）.m2M2：（2个） 1.52.42=7.2 m2 M4：（1个） 2.72.41=6.48 m2 C： 0.4（101.43+7.56）=43.60KN M：（31.5+15.12）0.2+6.480.4=11.916KN 门窗荷载： 0.5(43.60+11.916)+28.81=56.57KN 楼梯荷载：219.34KN 雨篷荷载： 25（4.22.40.12+2.43.60.122）=82.08KN 恒载=（3831.32+864.86+1827.18+4405.97+56.57+219.34+82.08）KN=11287.32KN楼梯活荷载：卫生间楼面活载: 一层重力荷载代表值： G1=11287.32+0.5【2.57.23.62+2.0（880.57-3.67.22）】 =12180.85KN各层荷载代表值的图示如图 5-1：图5-1 重力荷载代表值以三层AD轴边柱为例 第6章 地震作用6.1 横向框架侧移刚度计算表 6-1 二六层梁的线刚度截面尺寸bh（mm2）弹性模量Ec（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）跨度L（mm）线刚度i0=EcIc/L边框架梁Kb=1.5i0中框架梁Kb=2.0i0250700720025050024002505007200表 6-2 底层梁的线刚度截面尺寸bh（mm2）弹性模量Ec（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）跨度L（mm）线刚度i0=EcIc/L边框架梁Kb=1.5i0中框架梁Kb=2.0i0250700720025050024002505007200表 6-3 柱子的线刚度层次截面尺寸bh（mm2）弹性模Ec（N/mm2）惯性矩Ic=bh3/12（mm4）层高H(mm)线刚度i0=EcIc/H65005003.01045.213900401045.2136004.3415005003.351045.2142004.161010表64 柱的侧移刚度D值计算层次截面砼强度等级弹性模量Ec（N/mm2）层高H（m）截面惯性矩线刚度aA、D轴线边框架边柱 10.5*0.5C454.21.2020.5321505520.5*0.5C303.61.0910.353141853-50.5*0.5C303.61.0300.3401366360.5*0.5C303.91.1150.35811326B、C轴线边框架中柱 10.5*0.5C454.22.5120.6011700820.5*0.5C303.62.2810.533214193-50.5*0.5C303.62.1540.5182081660.5*0.5C303.92.3320.53817021A、D轴线中框架边柱 10.5*0.5C454.21.6010.5831651120.5*0.5C303.61.4540.421169183-50.5*0.5C303.61.3730.4071635560.5*0.5C303.91.4860.42613477B、C轴线中框架中柱 10.5*0.5C454.23.3460.7192035920.5*0.5C303.63.0390.603242323-50.5*0.5C303.62.8710.5892367060.5*0.5C303.93.1070.60819235注：表65 各层D值汇总楼层序号12汇总D值各柱D值根数A、D轴线边框架边柱150554141854B、C轴线边框架中柱170084214194A、D轴线中框架边柱16511121691812B、C轴线中框架中柱20359122423212570692636216楼层序号3-56汇总D值各柱D值根数A、D轴线边框架边柱150554113264B、C轴线边框架中柱170084 170214A、D轴线中框架边柱16511121347712B、C轴线中框架中柱203591219235126182165059326.2 横向框架水平地震作用地震作用按8度，设计基本地震加速度为0.20g的场地，设计地震分组为第一组，则，因，总水平地震作用标准值即底部剪力按下式计算： （10046.85+11737.14+11601.46=68769.22KN =3246.54 由于，所以需要考虑顶部附加水平地震作用 顶部附加水平地震作用系数： 顶部附加水平地震作用：则质点i的水平地震作用为： 抗震验算时，结构各楼层的最小水平地震剪力标准值应符合因为 查表得剪力系数表 6-7 各层地震作用及楼层地震剪力层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHiGiHi/GiHiVi(KN)6.22.510046.852260540.25333058962.89962.895.18.611737.142183110.24473058748.291711.184.15.011601.461740220.19503058596.312307.493.11.411601.461322570202760.692.7.811601.46904910.10143058310.083070.771.4.212180.85511600.05733058175.223245.99表6-8 楼层的最小水平地震剪力标准值验算楼层序号Gi(KN)610046.8510046.850.016160.75962.89511737.1421783.990.016348.541711.18411601.4633385.450.016534.172307.49311601.4644986.910.016719.792760.69211601.4656588.370.016905.413070.77112180.8568769.220.0161100.313245.996.3 变形验算：结果列于表 6-9表 6-9 变形验算 层次层间剪力Vi（KN）层间刚度Di（KN）Ui-Ui-1=Vi/Di（m）层高hi(m)层间相对弹性转角备注6962.895059320.001793.91/2180层间相对弹性转角均满足ee =1/550的要求51711.186182160.002573.61/140042307.496182160.003473.61/103832760.696182160.004163.61/86423070.776362160.004533.61/79513245.995706920.005694.21/7380.022222.5从表可见最大层间弹性位移发生在第一层，其值为1/738 1/550 满足要求图61 层间剪力及位移示意图6. 横向框架4轴柱端弯矩计算注：y值可根据工程结构抗震设计查附表4.1差值求的； 表6-10 横向框架轴柱端弯矩计算 层次hVi层间刚度DA、D轴（边柱）DKy1-yMtMb63.9962.89505932134771.4860.370.6363.0237.0153.61711.18618216163551.3730.420.5892.9067.2743.62307.49618216163551.3730.450.55118.7997.1933.62760.69618216163551.3730.470.53136.95121.4523.63070.77636216169181.4540.500.50146.98146.9814.23245.99570692165111.6010.590.41161.72232.72层次hVi层间刚度DB、C轴（中柱）DKY1-yMtMb63.9962.89505932192353.1070.450.5578.5264.2553.61711.18618216236702.8710.450.55128.75105.3443.62307.49618216236702.8710.500.50157.83157.8333.62760.69618216236702.8710.500.50188.83188.8323.63070.77636216242323.0390.500.50216.66216.6614.23245.99570692203593.3460.550.45218.86267.496.6 地震作用下的内力分析取4轴横向框架分析，4轴柱端弯矩计算结果详见表 6-11，地震作用下框架梁柱端弯矩、梁端剪力及柱轴力分别见下图。求得柱端弯矩后可用节点平衡的方法求得梁端弯矩，公式如下：表 6-11 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算见 层次A-BB-C柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVbAB663.02-37.537.213.9740.99-40.992.434.16-13.97-20.195129.91-92.257.230.86100.75-100.752.483.96-44.83-73.294186.06-125.807.243.31137.37-137.372.4114.48-88.14-144.463234.14-165.707.255.53180.96-180.962.4150.80-143.67-239.732268.43-193.827.264.20211.67-211.672.4176.39-207.87-351.921308.70-208.187.271.79227.34-227.342.4189.45-279.66-469.58 图62 地震作用下横向框架梁柱弯矩图 第 52 页 图63 地震作用下横向框架剪力图图64 地震作用下横向框架轴力图 第7章 横向框架风荷载用下的内力分析风压标准值计算公式为： 基本风压：0.35kN/m2地面粗糙度类别为B类：，查表的脉动影响系数，结构自振周期。因为结构高度H=23.7m30m，可取；对矩形平面总体型系数,可查荷载规范。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表 7-1所示。表中Z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图7-1所示。 表 7-1 风荷载计算 层次zsZ(m)z0(KN/m2)A(m2)P(KN)61.01.322.951.300.7022.6823.0051.01.319.051.230.7027.0025.9041.01.315.451.150.7025.9223.2531.01.311.851.050.7025.9221.2321.01.38.251.000.7025.9220.2211.01.34.651.000.7029.7023.17 图71 结点等效集中风荷载7.1横向框架风荷载作用下的水平位移验算7.1.1侧移刚度D 表72 横向顶层D值计算 构件名称A轴柱0.42613477B轴柱0.60819235C轴柱3.1070.60819235D轴柱1.4860.42613477表72 横向3-5层D值计算 构件名称A轴柱0.40716355B轴柱0.58923669C轴柱2.8710.58923669D轴柱1.3730.40716355 表72 横向底层D值计算 构件名称A轴柱0.58316511B轴柱0.71920359C轴柱3.3460.71920359D轴柱1.6010.583165117.1.2风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算第一层的层间侧移值求出后，就可以计算各楼板标高处的顶点位移值，各楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和，顶点位移是所有层的层间侧移之和。 J层侧移 顶点侧移 框架在风荷载作用下的侧移计算见表7-3 表73 风荷载作用下框架侧移计算 层次623.0023.00654240.00041/9750525.9048.90800480.00061/5455423.2572.15800480.00091/4000321.2393.38800480.00121/3000220.22113.60823000.00141/2571123.17136.77737400.00191/2211侧移验算 层间侧移最大值 1/2211 1/550 满足要求7.2 横向框架风荷载作用下的内力计算以4轴线横向框架计算内力，其计算方法同地震作用计算方法，柱端剪力及弯矩按以下公式计算: , 具体见表 7-4：注：y值可根据工程结构抗震设计查附表4.1差值求的；表7-4 风荷载作用下A轴框架柱剪力和梁柱端弯矩计算 层次Dyh623.0065424134770.2064.741.4411.656.8311.65548.9080048163550.2049.981.5120.8415.0727.67472.1580048163550.20414.721.6229.1523.8544.22393.3880048163550.20419.051.6936.3532.1960.202113.6082300169180.20623.401.8042.1242.1274.311136.7773740165110.22430.642.4852.7675.9994.88风荷载作用下B轴框架柱剪力和梁柱端弯矩计算623.0065424192350.2946.761.7614.5011.9014.50548.9080048236700.29614.471.6228.6523.4440.55472.1580048236700.29621.361.8038.4538.4561.89393.3880048236700.29627.641.8049.7549.7588.202113.6082300242320.29433.401.8060.1260.12109.871136.7773740203590.27637.762.3771.3789.49131.49层次A-BB-C柱轴力llAB611.65-6.937.22.587.57-7.572.46.312.58-3.73527.67-19.387.26.5321.17-21.172.417.649.11-14.84444.22-29.587.210.2532.31-32.312.429.1919.36-33.78360.20-42.167.214.2246.04-46.042.438.3733.58-57.93274.31-52.527.217.6257.35-57.352.447.7951.20-88.10194.88-62.857.221.9168.64-68.642.457.2073.11-123.39图72 风荷载用下横向框架梁柱弯矩图图73 风荷载作用下横向框架梁剪力图图74 风荷载作用下横向框架柱轴力图 第8章 竖向荷载作用下横向框架内力计算8.1计算单元 取4轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2m，如图8-1所示，由于房间布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的楼面荷载先传递给次梁和纵向框架梁，再以集中力的形式传给框架，作用于各节点上，由于纵向框架的中线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。图81 计算单元及力的传递 8.2 荷载计算8.2.1各层恒载计算：第六层：图8-2所示: 图82 六层梁上作用的恒载女儿墙 5.247.21.245.27KN 次梁自重AB CD间： 3.387.2=24.34KN 边框梁自重：4.777.2=34.34KNAB、CD跨均布荷载： 4.77+5.1BC跨均布荷载：3.38 KN/mA、D轴集中力： B、C轴集中力： A、D节点偏心矩： B、C节点偏心矩： 第五层：如图8-3所示，图83 一五层梁上作用的恒载A、D轴5-6跨墙体：-2 2.1B、C轴5-6跨墙体： A、D轴窗重量： 22.12.10.4=3.53KNB、C轴门重量： 21.02.10.2=0.84KNAB、CD跨均布荷载：4.77+5.13.6+5.24(3.9-0.7)=39.9KN/MBC跨均布荷载：3.38 KN/mA、D轴集中力: 【(24.34+5.13.67.2) 1/2+34.34+66.13+3.53】1/22=182.27KNB、C轴集中力：【(24.34+5.13.67.2) 1/2+34.34+90.34+0.84】1/22=203.79KN A、D节点偏心矩：B、C节点偏心矩： 8.2.2各层活载计算 一六层活载计算： 图84 一六层梁上作用的活载AB、CD跨均布荷载：BC跨均布荷载：A、D轴集中力： 2.03.67.21/21/22=25.92KNB、C轴集中力：(2.0 3.67.21/2+2.07.22.4/2) 1/22=43.20KNA、D节点偏心矩：B、C节点偏心矩：8.3 各层结点弯矩计算8.3.1六层恒载作用下结点弯矩(布置见图8-2) 8.3.2五层恒载作用下结点弯矩（布置见图8-3） 8.3.3一四层恒载作用下结点弯矩（布置见图8-4） 8.3.4一六层活载作用下结点弯矩（布置见图8-5） 8.4梁柱线刚度比（弯矩分配系数）一层：梁 柱 二六层： 六层柱 二五层柱 图88 梁柱线刚度比 8.5 横向框架的弯矩用二次分配法进行弯矩分配 8.5.1 恒载作用下的弯矩二次分配：见（图 8-7）8.5.2活载作用下的弯矩二次分配：见（图8-8）8.5.3 恒载作用下的内力图图8-9 恒载作用下梁柱弯矩图图8-10 恒载作用下梁柱轴力图图8-11 恒载作用下梁柱剪力图8.5.4活载作用下的内力图图8-12 活载作用下梁柱弯矩图图8-13 活载作用下梁柱轴力图图8-14 活载作用下梁柱剪力图 8.5.5 荷载作用下的内力表8-1 恒载作用下的内力表8-2 活载作用下的内力注：以6层为例计算跨中弯距及剪力梁左上柱下柱梁左梁右上柱下柱0.4040.5960.3610.2440.39520.52-99.9299.92-20.37-1.6232.0847.32-28.13-19.01-30.7820.89-14.0723